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Chimie quantique

La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.

La description du comportement électronique des atomes et des molécules pour expliquer leurs réactivités est une application de la chimie quantique.

Bref historique

Comme les études sur la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette...) sont considérées comme étant à la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut...) entre la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle...) et la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...), elles ne font donc généralement pas partie de la chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.), mais ce que l'on considère comme le premier calcul de chimie quantique fut fait par les scientifiques allemands Walter Heitler et Fritz London sur la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) en 1927. La méthode de Heitler et London fut étendue aux États-Unis par les chimistes John C. Slater et Linus Pauling pour devenir la méthode " Valence-Bond (VB) " (ou Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)). Dans cette méthode, l'attention est surtout portée sur l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée...) des paires électroniques, et elle corrèle assez bien avec la manière classique de représentation des liaisons chimiques par les chimistes.

Une autre approche développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la...) par Friedrich Hund et Robert S. Mulliken, dans laquelle les électrons sont décrits comme des fonctions mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les...) délocalisées sur l'entier de la molécule. L'approche de Hund-Mulliken plus communément appelée méthode des orbitales moléculaires, même si elle se montre moins intuitive pour les chimistes est celle qui permet le mieux à prédire les propriétes des molécules, et est donc la méthode la plus utilisée de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à...).

Les équations de la chimie quantique devenant très rapidement trop complexes pour être résolues exactement, il est courant d'en faire une résolution numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et...) approchée à l'aide de supercalculateurs.

Modèles et approximations utilisés en chimie quantique

  • Description de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) par une fonction d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...)
  • L'approximation de Born-Oppenheimer (L'approximation de Born-Oppenheimer, également connue sous le nom d'approximation adiabatique, est une technique utilisée en chimie quantique.)
  • L'approximation orbitale (Un système chimique (molécules, ions...) est constitué de noyaux et d'électrons. Dans le cadre de l'approximation de Born-Oppenheimer, les électrons sont décrits collectivement par une fonction d'onde dite multiélectronique ....)
  • L'approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez significative pour être utile. Bien qu'une...) de Slater

Méthodes de calcul

  • Méthode Hartree-Fock
  • Méthode post-Hartree-Fock
  • Méthodes Monte Carlo Quantiques
  • Méthodes semi-empiriques
  • Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou l’expérience,...) de la fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent...) de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...)

Quelques scientifiques impliqués dans le développement de la chimie quantique:

  • Erich Hückel
  • Rudolph Pariser
  • Robert G. Parr
  • John Pople
  • Henry Eyring
  • Bernard Vidal
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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